En sida i Microbial Biorealm om släktet Propionibacterium
Klassificering
Taxa av högre ordning:
Bakterier; Actinobakterier; Actinobakterier (klass); Actinobacteridae; Actinomycetales; Propionibacterineae; Propionibacteriaceae
Arter:
Propionibacterium acidipropionici; P. acnes; P. australiense; P. avidum; P. cyclohexanicum; P. freudenreichii; P. granulosum; P. jensenii; P. microaerophilum; P. propionicum; P. thoenii; P. sp.
NCBI: Taxonomy Genome: -Nocardioides sp. JS614 -Propionibacterium acnes KPA171202
Beskrivning och betydelse
Arter av propionibakterier finns över hela kroppen. Propionibakterier är i allmänhet icke-patogena, men när vissa arter av Propionibakterier kontaminerar blod och andra kroppsvätskor kan de orsaka ett antal infektioner, inklusive den vanliga hudsjukdomen acne vulgaris (orsakad av P. acnes). Vissa arter av Propionibakterier finns i livsmedel som ost och andra mejeriprodukter. P. freudenreichii används vid tillverkning av schweizisk ost för att ge den dess smak och karakteristiska hål. Smaken kommer från propionat, en jäsningsprodukt, och hålen eller ”ögonen” kommer från bubblor av koldioxid.
Genomstruktur
För närvarande finns det ett fullständigt genomprojekt om Propionibacterium acnes KPA1202, och ett pågår om Nocardioides sp. JS614. Hela genomsekvensen av P. acnes omfattar 2333 putativa gener och avslöjar många genprodukter som är involverade i nedbrytning av värdmolekyler, inklusive sialidaser, neuraminidaser, endoglycoceramidaser, lipaser och porbildande faktorer. För mer information, se länkar (ovan, till vänster).
Cellstruktur och metabolism
Propionibakterier är långsamväxande, icke-sporbildande, grampositiva, anaeroba bakterier. De kan vara stavformade eller förgrenade och kan förekomma enskilt, parvis eller i grupper. De producerar i allmänhet mjölksyra, propionsyra och ättiksyra från glukos.
En art av Propionibacterium, P. freudenreichii (som används vid tillverkning av schweizisk ost), tycks vara beroende av fria aminosyror och peptider som framställs i osten genom nedbrytning av kasein med hjälp av Lactobacillus proteolytiska enzymer (McCarthy och Courtney). P. freudenreichii producerar koldioxid, vilket ger upphov till hålen i schweizerosten. Den propionsyra som produceras vid nedbrytning av glukos är det som ger schweizerosten dess karakteristiska smak.
Ekologi
Och även om Propionibacterium acnes kan hittas på huden hos prepubertala människor, så börjar den verkliga koloniseringen i själva verket 1 till 3 år före könsmognaden. Antalet bakterier ökar från färre än 10/cm2 till 106/cm2 (främst i ansiktet och omgivande områden). P. granulosum bebor också samma allmänna områden som P. acnes men med ungefär en hundradel av antalet P. acnes-celler. Dessutom är det känt att P. acnes och P. granulosum ingår i mag-tarmkanalens mikrobiella flora.
Propionibacterium jensenii och Lactobacillus paracasei subsp. paracasei i en blandad kultur har visat sig hämma jäst och andra mikrober som orsakar matförstöring i mejeriprodukter som yoghurt och ost. De hämmar faktiskt dessa mikrober med upp till fem storleksordningar vid kylskåpstemperaturer (6oC) utan att livsmedlets kvalitet förändras. Bakterieblandningen är effektiv mot vissa jästsvampar, mögel och gramnegativa bakterier, men inte mot andra grampositiva bakterier. Under testerna av Propionibacterium sp:s inhiberande verksamhet var cellfria supernatanter som innehöll organiska syror som är fermentationsprodukter inte lika effektiva som cellerna när det gällde att hämma jäst och mögel. Därför antogs det att något med de pågående processerna i cellerna och interaktionen mellan P. jensenii och L. paracasei subsp. paracasei hämmade tillväxten av andra mikrober utöver de hämmande förmågorna hos de syror de producerar (Schwenninger 2004).
Patologi
De tre typerna av icke-inflammatoriska lesioner som orsakas av ackumulationen av P. acnes i pluggade folliklar. Från NIAMS
Acne vulgaris är den vanligaste sjukdomen som orsakas av P. acnes. De fyra patofysiologiska egenskaperna hos akne, som oftast förekommer i ansiktet, på halsen och på ryggen, är hyperkeratiniation, talgproduktion, bakterieproliferation och inflammation. Tre kategorier av lesioner som bildas vid akne är icke-inflammatoriska lesioner, inflammatoriska lesioner och ärr. Tre icke-inflammatoriska lesioner är mikrokomedos, öppna komedos, som har en central impaktion av keratin och lipid och som kan vara lätt upphöjda eller inte, och slutna komedos, som är lätt upphöjda papler som eventuellt kan bildas till en större inflammatorisk lesion. Inflammatoriska lesioner inkluderar mer förvärrade lesioner som pustler och stora, fluktuerande knölar.
Propionibakterier har varit kända för att, om än sällan, orsaka hjärnabscesser, subduralempyem, tandinfektioner, endokardit, kontinuerlig ambulatorisk peritonealdialys, konjunktivit i samband med kontaktlinser och peritoniter (lista från eMedicine). P. acnes är också förknippad med flera typer av infektioner och hälsoproblem, t.ex. anaerob artrit i samband med ledproteser och fall av osteomyelitit (sällan). P. acnes är också förknippad med vissa spondyloartropatier i samband med florid acne vulgaris (isolerad från benfoci och leder), och har isolerats som orsak till endokardit (sällan) och rapporterats som orsak till infektiös keratit när hornhinnan äventyras som kan leda till synförlust.
Propionibacterium species kan i allmänhet behandlas med antibiotika som används för behandling av anaeroba infektioner; sådana antibiotika inkluderar penicilliner, karbapenemer och klindamycin. På senare tid har det dock rapporterats om antibiotikaresistens hos P. acnes.
Fager
Till nyligen var endast Ff-relaterade fager kända för att vara aktiva i Gram-positiva bakterier, men minst fem fager med filamentös morfologi har visat sig vara aktiva i P. freudenreichii. Filamentösa fager, som är stavformade och innehåller cirkulärt enkelsträngat DNA (cirka 10 gener), infekterar i allmänhet gramnegativa bakterier med hjälp av virionmorfogenes där partiklar som inte orsakar lysis eller celldöd kontinuerligt utsöndras genom bakteriemembranen. De fem strukturella proteinerna i en filamentös fage är följande: det viktigaste pälsproteinet (pVIII) som bildar röret på fagets yttre skikt, två proteiner (pVII och pIX) som används för effektiv partikelmontering och två proteiner (pVI och pIII) som används för partikelstabilitet och fagets förmåga att infektera bakterier. De fyra sista proteinerna (pVII, pIX, pVI och pIII) är belägna i ändarna av den stavformade fagen. Två andra proteiner som vanligtvis finns i denna typ av fager (pI och pIV) krävs för sammansättning och export av fager. En av de filamentösa fager som har visat sig kunna infektera P. freudenreichii innehåller ett ssDNA på 5 806 baser och har ett G-C-innehåll på 64 %, vilket liknar G-C-innehållet i P. freudenreichii. Denna fage innehåller inte ett protein som liknar pIV, som specifikt hjälper till i det yttre membranets fagerledande kanal. Detta beror troligen på att eftersom denna fage infekterar Gram-positiva bakterier, som inte har något yttre membran, behövs proteinet inte. (Chopin, et al. 2002)
Bruggemann H, Henne A, Hoster F, Liesegang H, Wiezer A, Strittmatter A, Hujer S, Durre P, Gottschalk G. The complete genome sequence of Propionibacterium acnes, a commensal of human skin. Science. 2004 Jul 30;305(5684):671-3.
Chopin, Marie-Christine, Annette Rouault, S. Dusko Ehrlich och Michel Gautier. 2002. ”Filamentösa fager som är aktiva på den grampositiva bakterien Propionibacterium freudenreichii”. Journal of Bacteriology, vol. 184, nr 7. American Society for Microbiology. (2030-2033)
Handa, Sajeev. ”Propionibacterium-infektioner”. 2002. eMedicine
McCarthy, R. J., and P. Courtney. 2004. ”Aminosyrabehov hos Propionibacterium-stammar från mejerier”. Ohio State University.
NIAMS: Health Topics:
Schwenninger, Susanne Miescher och Leo Meile. 2004. ”En blandkultur av Propionibacterium jensenii och Lactobacillus paracasei subsp. paracasei hämmar matförstörande jästsvampar”. Systematic and Applied Microbiology, vol. 27, no. 2. Urban och Fischer. (229-237)